因此，通过软件SolidWorks三维建模，得到如下手腕的结构模型，如图2-7所示：此模型中腕部具有两个运动，一个是使手部绕本身轴线的自转运动（简称自转）；另一个是使手部绕ζ轴轴线的摆动（简称腕部的曲摆），这样也就可以满足工件水平和垂直的抓取。
图2-7 机械手腕部三维模型图（附电机）
2.5 六自由度搬运机械手的手部结构设计
2.5.1 机械手手部概述
工业机械手的手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部件。由于被握持工件的形状、尺寸大小、轻重和材料性能，表面状况等的不同，所以工业机械手的手部结构都是根据特定的工件要求专门设计的。各种手部的结构，不仅结构形式不完全相同，而且他们的工作原理也并不一样。归纳起来，常用的手部，按照其握持工件的原理，大致可以分为夹持式和吸附式两大类。
本课题的关节式机械手根据抓取工件形状，采用夹持式手部，在此，主要介绍夹持式手部的几种主要形式。如下图2-8所示：
（a） 夹持式手部
（b） 移动式手部
（c） 回转型外夹式 图2-8 手部的种类
2.5.2 夹钳式手部
夹持式中最常见的主要形式有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式，夹持类手部按照其手指夹持工件时的运动不同，又可分为手指回转型和手指平移型两种。如上图中所示。
夹钳式手部是夹持类机械手部中最常见的一种。它的动作与钢丝钳或台虎钳相似。
夹钳式手部一般由以下几个部分组成： （1）手指
它是直接与工件接触的构件。手部松开和夹紧工件就是通过手指的张开和闭合来实现的。一般情况下，机械手手部只用两个手指。很少为三指或多指。它们的结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。
（2）传动机构
它是向手指传递运动和力，以实现夹紧和松开动作的机构。 （3）驱动装置
它是向传动机构提供动力的装置，按照驱动方式的不同，有液压、气动、电动和机械之分。
此外，尚有连接与支撑元件，将上述有关部分连成一个整体，使手部与机械手的腕部（或臂部）连接。
由于夹持式手部适应性强，故在生产中应用最多。其中回转型手部一般都具有结构简单、动作灵活、制造容易等优点，在生产上应用比平移型手部多。而且通常以双支点回转型作为夹钳式手部的基本形式。
本课题的手部设计主要参考回转形外夹式夹钳手部，通过步进电机带动蜗杆的旋转，使之相啮合的蜗轮运动，带动连杆、手指运动，完成对工件的抓取任务。其模型如下图2-9所示：
图2-9 机械手手部平面模型图（附电机）
2.5.3 夹钳式手部设计要点
（1）手指应具有一定的开闭范围
夹持式手部的手指开闭范围就是从张开到闭合（夹紧）时，每个手指的变动量。显然，为了让手指闭合时能够夹紧工件，张开时能使手指顺利的接近工件，而不和其他设备等相碰，手指必须具有一定的开闭范围，其大小直接与工件和手指的形状、尺寸、及手部如何接近工件的路线等有关，同时还要注意经过路线的周围环境。
手指的开闭范围，应根据实际情况进行分析后加以确定。一般来说，如果工作环境允许，采用较大的开闭范围，可以降低对工件的尺寸公差、位置精度的要求，且有利于手部顺利地夹持工件，但会增大驱动装置的行程和结构尺寸，增加手指开闭时间，所以手指开闭范围不宜设计过大。
（2）应具有适当的夹紧力和驱动力
为了使手指能夹紧工件，并保证在运动过程中不脱落，因此要求手指在夹紧工件时应有足够的夹紧力，而对手部的驱动装置来说，就应该具有足够的驱动力。应当指出，在保证一定的夹紧力条件下，采用不同的传动机构，其所需驱动力的大小是不同的。
除此之外，考虑夹紧力时，还应注意工件在运动过程中由于运动状态的改变所产生的惯性力矩的影响，特别在运动速度变化较大的情况下，尤应如此。以免
在惯性力作用下，因夹紧力不足而松动或甩脱。当然，过大的夹紧力是没有必要的，尤其对于那些精密的或易碎、易变形、易损坏的工作，过大的夹紧力不但应该避免，而且尚应采取适当措施，以保护工件表面不受损伤。
（3）要求结构紧凑、重量轻、效率高
手部处于腕部和臂部的最前端，运动状态多变。其结构、重量和动力负荷直接影响到腕部和臂部的结构、重量和运转性能。因此在手部设计时，必须力求结构紧凑、重量轻、效率高。
2.6 六自由度搬运机械手的材质选择
综合考虑，机械手的手臂、手腕以及手部一般都采用硬度高的材质来加大其刚度，适当的添加些支撑，整个机械手自身重量要轻，其惯性矩也很小，手臂在旋转或曲摆的时候也便于控制，能够精确、平稳定位。
因此，基于综合考虑，机械手选用高强度45号钢厚度小，总体重量轻，能够满足以上各设计需求。
2.7 六自由度搬运机械手的连接设计
连接套模型示意图如下图2-11所示：
图2-11 机械手连接套模型
机械手整体连接主要是各个关节处的连接，考虑到钣金件薄，如果旋转或曲摆关节处直接与电机的连接，其电机轴不好定位，电机的驱动力不能有效地通过轴传递到各机械手关节来带动其旋转或曲摆。
因此，在电机轴与机械手关节处通过连接套进行连接，驱动力通过连接套间接地
将力有效传递给各关节，再顺利地通过电路控制各电机，完成机械手各关节的旋转和曲摆。